kako da bude lepo a ne propadne - prevlake · 2019-12-23 · tehnološko-metalurški fakultet,...

Tehnološko-metalurški fakultet, Beograd

Kako da bude lepo

a ne propadne - prevlake

Jelena B. Bajat

Prevlake su svuda oko nas

Prevlake mogu da budu: dekorativne, optičke, zaštitne, magnetne, prevlake

protiv habanja, da povećaju električnu provodljivost, kvašljivost, i dr. 2

3

„Potrebno je vrlo malo, zato nije potrebno da se plaća mnogo“

0,01-2 %

Prevlake

Nanošenjem prevlake na neki predmet on se pokriva slojem nekog drugog

materijala (koji nema definisan oblik) sa kojim ostvaruje dobru adheziju. 4

METALNE KONVERZIONE ORGANSKE

Prevlake

5

METALNE PREVLAKE

6

METALNE PREVLAKE

Prevlake i tretman površine mogu značajno da poboljšaju

svojstva i ponašanje materijala

7

PREVLAKE NIKLA

8

PREVLAKE BAKRA

9

PREVLAKE SREBRA

10

PREVLAKE ZLATA

Катедрални саборни храм

Христа Спаситеља

11

PREVLAKE KALAJA

PREVLAKE RODIJUMA

12

PREVLAKE CINKA

Tržište cinka je 40 milijardi dolara godišnje.

Od celokupne proizvodnje Zn oko 50% je galvanizirani Zn,

što je prevlaka Zn na gvožđu, odnosno čeliku

13

PREVLAKE LEGURA CINKA

14


Anodne zone: oksidacija, tj. rastvaranje metala

Zn → Zn2+ + 2e–

Katodne zone: redukcija kiseonika ili jona vodonika

O2 + 2H2O + 4e– → 4OH–

2H3O+ + 2e– → H2 + 2H2O

Zn je žrtvujući metal

(žrtvujuća anoda)

15

Saint Nazaire,

zapadna Francuska


Libourne Fire and Rescue Station in the

French city of Libourne

16


The Polman stadium in Almelo,

Holandija (krov)

Dels Encants Vells Market Barcelona

17


Residence Marcadet, Paris Social Housing & Nursery School in Paris

18


Institute of Advanced Energy Studies, Madrid

19


Vendée Habitat Headquarters, Francuska

Elektrohemijsko taloženje

Elektrolitički proces u kome se joni metala iz rastvora elektrolitra talože na

predmetu (katodi)

Faradejev zakon: masa supstance koja

se redukuje na katodi (ili oksidiše na

anodi) proporcionalna je propuštenoj

količini elektriciteta.

Ag anoda čajnik-

katoda

20

21

PRIMERI

Prevlaka Zn-Mn legure dobijena elektrohemijskim taloženjem na gvožđu

Rastvor (elektrolit za taloženje): jonska tečnost na bazi holin hlorida i uree

M. Bučko, D. Culliton, A. J. Betts, J. B. Bajat, (2017), Transactions of the

Institute of Metal Finishing, 95 (1) (2017)

Mihael Bučko, Sanja I. Stevanović, Jelena B. Bajat, Zaštita Materijala

59, 2 (2018) 173-181.

3 mA cm−2 2D i 3D AFM mikrofotografije

skenirane površine 1600 μm2

Zn-Mn prevlaka dobijenih

taloženjem iz DES 1:1 Mn2+ : Zn2+,

različitim gustinama struje

20 mA cm−2

PRIMER primene magnetnih prevlaka u medicini

https://msrl.ethz.ch/the-lab/team/sp_details.html

https://player.vimeo.com/video/159379766?title=0&portrait=0 22

ORGANSKE PREVLAKE

u arhitekturi

industrijske prevlake

prevlake specijlne namene

razne

Organske prevlake:

210 milijardi $

1995 2000 2005

2022 2017

160

Tržište organskih prevlaka

50

82

100

ORGANSKE PREVLAKE

Korozija: 3-5% gubitka bruto nacionalnog dohotka (BND)

Tribologija: 1% BND 23

Prevlake i lakovi u arhitekturi (transparentne prevlake) koje se koriste za

unutrašnju i spoljašnju dekoraciju i zaštitu zgrada

Preko 50% ukupne proizvodnje organskih prevlaka

Vrste organskih prevlaka

24




https://player.vimeo.com/video/159379766?title=0&portrait=0

Industrijske prevlake: nanose se u fabrikama direktno na proizvode, kao npr.

automobile, aparate, magnetne žice, avione, nameštaj, metalne konzerve, omote za

žvake,….lista skoro bez kraja

Oko 30% ukupne proizvodnje organskih prevlaka


25

Prevlake specijalne namene - industrijske prevlake koje se nanose van fabrika,

kao npr. završni slojevi na kolima i kamionima, (obično u radionicama kada se

popravlja boja), prevlake za brodove (isuviše su veliku da bi stali u fabriku), boje

na putevima i parkinzima, boje na mostovima, rezervoari, fabrike,….

razno

laboratorijska oprema specijalni

efekti

otporne na toplotu / požar


Sastav organske prevlake

Vezivo i pigment zaštita od korozije

Broj mogućih kombinacija je

neograničen

Broj različitih primena je neograničen

Organske prevlake su složene smeše hemijskih supstanci koje mogu da se

grupišu u 4 šire kategorije: vezivo, rastvarač, pigment, dodaci

Vezivo

Dodatak Pigment

rastvarač

Sastav organske prevlake (dizajn prevlake)

Pigment: inhibitor, žrtvujući, barijerni, funkcionalni

27 28

Četkama, sunđerima, ....

Sprejom

Nanošenje organske prevlake

Metoda uranjanja

Curtain coating

Kataforetsko taloženje

2H2O + 2e– H2 + 2OH– K:

A: 2H2O 4H+ + O2 + 4e-

R+ + OH- film prevlake

Metalni delovi su pozitivno naelektrisani; male količine jona metala ulaze u boju;

anaforetske prevlake se uglavnom koriste za unutrašnje prostorije, njima se

postiže dobra obojenost i kontrola sjaja

ED boje prodiru do mesta gde sprej ne bi mogao

Elektroforetsko taloženje

Anaforetsko taloženje

29

Barijerni pigmenti – inertni su (talk, staklo, glina, )

Pigmenti – primer barijernog pigmenta

Metal

prevlaka

O2, H2O

Glina modifikovana poliamidoamin (očvršćavanje)

epoksi / glina nanokompozit

0.5 mas.% gline

Miloš Tomić, Branko Dunjić, Marija S. Nikolić, Jelena Maletaškić, Vladimir B. Pavlović, Jelena Bajat, Jasna Djonlagić, Applied

Clay Science 154 (2018) 52–63 30

31

Pigment - inhibitor

2.5 mM Ce 10 mM Ce

Veštački defekt (0.5 mm)

• Inhibitor: 1 - 15 mM Ce(NO)3 dodato u epoksidnu emulziju

• Kataforetsko taloženje prevlake sa inhibitorom

• Odlična koroziona stabilnost (do 3 reda veličine veća otpornost)

• Veštački defekt

B. V. Jegdic, Lj. S. Zivkovic, J. P. Popic, J. Rogan, J. B. Bajat, V. B. Miskovic-Stankovic, Materials and Corrosion,

2016 67 (11):1173-1184

Pigment - žrtvujući

Prevlake bogate Zn na čeliku; prevlake bogate Mg na Al

H. Marchebois, C. Savall, J. Bernard, S. Touzain, Electrochim. Acta 49 (2004) 2945–2954

32

KONVERZIONE PREVLAKE


Fosfatne prevlake

Emajl

Konverzione prevlake su neorganske prevlake koje se formiraju na površini

metala reakcijom samog metala sa anjonima iz rastvora u koji se metal potapa.

33

Anodizacija Anodno elektrohemijsko formiranje prevlaka

Supstrat se u kolu veže kao anoda: Al, Mg, Ti, Nb,...


(a) Izgled heksagonalne ćelije

poroznog anodnog oksidnog filma

(b) Fotografija površine i

poprečnog preseka poroznog

anodnog oksidnog filma na Al

(a) (b)

Primena

34

Plazma elektrolitička oksidacija (PEO) PEO je kompleksan proces koji uključuje istovremeno procese formiranja oksidnog sloja, rastvaranja i

dielektričkog proboja

J.B.Bajat, R. Vasilić, S. Stojadinović, V. Mišković-Stanković, Corrosion,69 (7) (2013) 693-702.

Stevan Stojadinović, Jelena Bajat, Rastko Vasilić, Vesna Mišković -Stanković, Zaštita Materijala 54, 2 (2013) 147-151

Prevlake sa patinom

1989 2019

35

Campus “Integration of Embedded Systems”, u Saint Etienne du Rouvray, Francuska

Portia Winery, Gumiel de Izan, Ribera del Duero, Spain

Prevlake sa patinom

36

http://www.panoramio.com/photo/61097760

Fire officer and ambulance driver

training centre in Emblem, Belgium

Ghent, Belgium

Prevlake sa patinom

37

Pametne prevlake (Smart Coatings)

38

Pametne prevlake pružaju “odgovor” (reakciju) na dejstvo okoline.

Potrebno je da nešto aktivira ovakav odgovor prevlake.

Mehanizmi aktivacije (okidači)

Hemijski okidači (prisustvo vode/ vlage i pH, joni

metala ili hlorida)

Mehaničko oštećenje

Temperatura

Redoks aktivnost ili formiranje električnog polja

Mehanizmi samo-zalečenja / samo-popravke

(odgovor)

Smola

Bubrenje

Inkapsulacija (nosači agensa za zalečenje)

• inhibitori

• agensi koji šalju signal

• agensi koji pružaju efekat “samozalečenja”

polimera

Pametne prevlake

D. G. Shchukin,H. Mçhwald, Small 2007, 3 (6) 926 – 943

Efekat samozalečenja (samo-popravke) prevlake

Laneno ulje (materijal sa efektom samozalečenja) se otpušta iz mikrokapsula (urea–

formaldehid) koje pucaju pod dejstvom mehaničke sile

C. Suryanarayana, K. Chowdoji Rao, Dhirendra Kumar, Prog. Org. Coat. 63 (2008) 72–78

40

Pametne prevlake - efekat samozalečenja supstrata

Primer: Hibridna prevlaka ZrOx/SiOx na Al dopirana nanokontejnerima koji sadrže

inhibitor korozije (benzotriazol). Otpuštanje inhibitora se odigrava pri promeni pH do

koje dolazi usled procesa korozije na supstratu

M. L. Zheludkevich, D. G. Shchukin, K. A. Yasakau, H. Mohwald, M. G.S.Ferreira, Chem. Mater., Vol. 19, No. 3, 2007

Izazovi:

Sintetisati nanokontejnere koji su kompatibilni sa prevlakom i koji mogu da prime

inhibitor, i kontrolišu permeabilnost opne nanokontejnera kroz spoljašnji signal.

Veličina: 300–400 nm; veći narušavaju celovitost prevlake stvarajući šupljine u njoj

(a) 8HQ se oslobađa iz mikrosfere i inhibira lokalnu koroziju intermetalne S-faze (Al2CuMg)

na aluminijumu (Aktivnost I)

(b) Sinergetski efekat zatvaranja naprsline u prevlaci epoksi polimera (Aktivnost II) i njeno

spajanje (zaptivanje) istopljenim mikrosferama (Aktivnost III)

Trostruko dejstvo termoosetljive polimerne prevlake koja sadrži mikrosfere sa dvostrukom

funkcijom i inhibitor korozije (8-hidroxihinolin (8HQ))

Prevlake sa efektom samozalečenja i samo-popravke

Y.Huang, L. Deng, P. Ju, L. Huang, H. Qian, D. Zhang, X. Li, H. A. Terryn, J.M. C. Mol, ACS Appl. Mater. Interfaces 2018, 10,

23369−23379

41

Funkcionalne prevlake – hidrofobne prevlake

Superhidrofobna stakla (Water-repellent) na automobilima

Vodo-odbojna stakla se dobijaju primenom rastvora sa polimerizovanim

perfluoroalkilsilanom (CF3(CF2)7CH2CH2Si(OCH3)3, FAS) kao supstancom koja

odbija vodu.

M. A. Aegerter, R. Almeida, A. Soutar, K. Tadanaga, H. Yang, T. Watanabe, J Sol-Gel Sci Technol (2008) 47:203–236 42

katalizator

UV

zračenje

1

2

3

1. nečistoća se adsorbuje na površini

2. razlaže se pod dejstvom UV

zračenja

3. finalni proizvodi (CO2 i H2O) se

desorbuju (hidrofilna prevlaka)

Funkcionalne prevlake - fotokatalitičke

43

Zagledajte se dobro u prirodu i sve će vam biti mnogo jasnije.

A. Ajnštajn

Nekad je manje više

44

HVALA NA PAŽNJI

kako da bude lepo a ne propadne - prevlake · 2019-12-23 · tehnološko-metalurški fakultet,...

Documents